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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abrichten einer Bearbeitungsscheibe,
insbesondere Schleif- oder Erodierscheibe, mittels eines rotierenden
Abrichtwerkzeugs, umfassend:
- – eine um
eine erste Drehachse drehantreibbare erste Drehspindel zum Anbringen
der Bearbeitungsscheibe und
- – eine
um eine zweite Drehachse drehantreibbare zweite Drehspindel zum
Anbringen des Abrichtwerkzeugs,
wobei zum Abrichten der
Bearbeitungsscheibe das von der zweiten Drehspindel drehangetriebene
Abrichtwerkzeug in materialabtragende Anlage mit der von der ersten
Drehspindel drehangetriebenen Bearbeitungsscheibe bringbar ist.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ferner ein entsprechendes Verfahren
sowie eine Werkzeugmaschine, die mit einer derartigen Vorrichtung
ausgerüstet
ist.
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Beim
Schleifen und Erodieren von Werkstücken mittels rotationssymmetrischer
Bearbeitungsscheiben, wie Schleifscheiben oder Erodierscheiben, kommt
es regelmäßig zu Verschleiß. Obgleich
moderne Werkzeugmaschinen Verschleißausgleichprogramme aufweisen,
die eine Kompensation dieses Verschleißes in gewissem Rahmen zulassen,
ist es in regelmäßigen Abständen erforderlich,
derartigen Bearbeitungsscheiben abzurichten. Hierbei wird der Bearbeitungsscheibe
die im Schleif- oder Erodierprozess verloren gegangene Maß- und Formgenauigkeit sowie
die Schärfe
wiedergegeben. Nur mit regelmäßig abgerichteten
Bearbeitungsscheiben können auch
hochpräzise
Bearbeitungsergebnisse erzielt werden.
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Moderne
Werkzeugmaschinen, insbesondere Bearbeitungszentren besitzen daher
in der Regel eine integrierte Abrichtvorrichtung, um die verwendeten
Bearbeitungsscheiben von Zeit zu Zeit abzurichten. Hierzu gibt es
grundsätzlich
zwei Möglichkeiten, nämlich das
Abrichten mit stehenden und bewegten Abrichtwerkzeugen. Um den Verschleiß am Abrichtwerkzeug
möglichst
gering zu halten und um dessen Lebensdauer zu verlängern, werden
bei modernen Werkzeugmaschinen meist bewegte Abrichtwerkzeuge eingesetzt.
Dabei wird zum Abrichten einer Bearbeitungsscheibe sowohl das Abrichtwerkzeug als
auch die Bearbeitungsscheibe drehangetrieben und in materialabtragende
Anlage zueinander gebracht.
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Beim
Stand der Technik wurden hierbei in der Regel die Bearbeitungsscheibe
und das scheibenartige Abrichtwerkzeug schräg zueinander gestellt, so dass
die der Bearbeitungsscheibe zugeordnete erste Drehachse in einem
spitzen Winkel zu der dem Abrichtwerkzeug zugeordneten zweiten Drehachse
angeordnet war. Dies führte
jedoch dazu, dass es zu einem punktuellen Kontakt zwischen Bearbeitungsscheibe
und dem scheibenartigen Abrichtwerkzeug kam, was zu einer formändernden
Abnutzung am Abrichtwerkzeug führte.
In der Folge konnten fest vorgegebene Konturen der Bearbeitungsscheibe
mittels des in seiner Form unregelmäßig abgenutzten Abrichtwerkzeugs
nur in unbefriedigendem Maße
erreicht werden. Auch wurde es durch die schräge Ausrichtung der beiden Drehachsen
zueinander schwer, die unregelmäßige Abnutzung
am Abrichtwerkzeug genau vorherzusehen und diese durch ein entsprechendes
Kompensationsprogramm zu kompensieren. Daher war es erforderlich,
zusätzliche
Vorkehrungen zu treffen, wie etwa ein optisches Überwachungssystem, um an dem
Abrichtwerkzeug auftretenden Verschleiß entsprechend zu erfassen
und dieses entsprechend nachzustellen.
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Alternativ
zu der schrägen
Anordnung der beiden Drehachsen von Bearbeitungsscheibe und Abrichtwerkzeug
zueinander ist es aus dem Stand der Technik ferner bekannt, die
Drehachsen von Bearbeitungsscheibe und Abrichtwerkzeug im Wesentlichen
parallel zueinander auszurichten. Wenngleich dadurch bessere Abrichtergebnisse
erzielt werden konnten, bestanden die oben geschilderten Nachteile weiter
fort, da sich über
den Umfang des sich drehenden Abrichtwerkzeugs häufig ganz unterschiedliche Abnutzungserscheinungen
ergeben haben, die sich dann in unerwünschter Weise am abzurichtenden Profil
der Bearbeitungsscheibe gezeigt haben.
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Es
ist demgegenüber
eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung sowie
ein Verfahren der eingangs bezeichneten Art bereitzustellen, mit
denen unter geringem technischem Aufwand das Abrichtergebnis verbessert
werden kann.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung der eingangs bezeichneten Art
gelöst,
bei der vorgesehen ist, dass die erste Drehachse während des
gesamten Abrichtens im wesentlichen orthogonal zur zweiten Drehachse
gerichtet ist.
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Die
Anmelderin hat erkannt, dass durch im Wesentlichen orthogonale Anordnung
der der Bearbeitungsscheibe zugeordneten ersten Drehachse zu der
dem Abrichtwerkzeug zugeordneten zweiten Drehachse Verschleißerscheinungen
am Abrichtwerkzeu ge besser kontrollierbar sind. „Im Wesentlichen orthogonal" bedeutet im Zusammenhang
mit der Erfindung, dass eine Abweichung von der rein orthogonalen
Ausrichtung um +/–10° möglich ist.
Mit anderen Worten lässt
sich durch eine derartige Achsausrichtung trotz des am Abrichtwerkzeug
auftretenden Verschleißes
ein hiervon im Wesentlichen unabhängiges Abrichtergebnis erreichen.
Durch die erfindungsgemäße Achsanordnung
verschleißt
das Abrichtwerkzeug im Wesentlichen gleichmäßig über seinen gesamten Umfang,
so dass sich am Abrichtwerkzeug keine verschleißbedingten Profile einstellen,
die das Abrichtergebnis negativ beeinflussen. Es versteht sich,
dass bei einer Abrichtbearbeitung sowohl das Abrichtwerkzeug relativ
zur Bearbeitungsscheibe als auch die Bearbeitungsscheibe relativ zum
Abrichtwerkzeug als auch sowohl
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Gemäß einer
Ausführungsvariante
der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die zweite Drehspindel
relativ zur ersten Drehspindel während
des Abrichtens verlagerbar ist, wobei die der zweiten Drehspindel
zugeordnete zweite Drehachse entlang einer zu einem Sollprofil der
Bearbeitungsscheibe parallel verlaufenden Bahn bewegbar ist. In
diesem Zusammenhang kann vorgesehen sein, dass das Abrichtwerkzeug
auf einer linearen sich parallel zu der zweiten Drehachse erstreckenden
Bahn zum Abrichten der Bearbeitungsscheibe bewegbar ist. Diese Ausführungsvariante
bietet sich beispielsweise dann an, wenn das Bearbeitungswerkzeug
im Wesentlichen planere Flächen
aufweist. So kann gemäß einer Ausführungsvariante
vorgesehen sein, dass das Abrichtwerkzeug mit einer Umfangsfläche an einer Stirnseite
der Bearbeitungsscheibe angreift. Diese Ausführungsvariante bietet sich
insbesondere dann an, wenn eine Topfscheibe abgerichtet werden soll, d.
h. wenn bei einer topfartigen Bearbeitungsscheibe deren zur Achsrichtung
orthogonale Stirnfläche
mit dem Abrichtwerkzeug abgerichtet wird. Das sich drehende Abrichtwerkzeug
bewegt sich dabei orthogonal zur ersten Drehachse, um die sich die
Topfscheibe dreht, und greift damit materialabtragend an der Stirnfläche an.
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Alternativ
hierzu kann vorgesehen sein, dass das Abrichtwerkzeug mit einer
Umfangsfläche
an einer Umfangsfläche
der Bearbeitungsscheibe angreift. Diese Abrichtvariante kommt insbesondere dann
zum Einsatz, wenn eine Bearbeitungsscheibe an ihrer Umfangsfläche abgerichtet
wird, wobei die Umfangsfläche
im Wesentlichen kreiszylindrisch ausgebildet ist.
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Zum
Abrichten einer an ihrer Umfangsfläche profilierten, d. h. nicht
rein kreiszylindrisch ausgebildeten Bearbeitungsscheibe kann erfindungsgemäß ferner
vorgesehen sein, dass das Abrichtwerkzeug zum Abrichten der Bearbeitungsscheibe
auf einer gekrümmten
Bahn bewegbar ist, die sich richtungsparallel zu einer gekrümmten abzurichtenden
Kontur des Abrichtwerkzeugs erstreckt. Dies bedeutet, dass das Abrichtwerkzeug
in Richtungskomponenten sowohl parallel als auch orthogonal zur
ersten Drehachse verlagert wird, wobei die zweite Drehachse eine zu
dem Sollprofil der Bearbeitungsscheibe im Wesentlichen richtungsparallel
verlaufende Bahn beschreibt.
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Ferner
kann erfindungsgemäß vorgesehen sein,
dass die zweite Drehspindel zum Ausgleich von durch das Abrichten
hervorgerufenem Materialabtrag an der Bearbeitungsscheibe oder/und
an dem Abrichtwerkzeug der ersten Drehspindel annäherbar ist, wobei
sich der Abstand von erster und zweiter Drehachse verkleinert. Dadurch
kann Verschleiß an
dem Abrichtwerkzeug aber auch an der Bearbeitungsscheibe kompensiert
werden. Abrichtscheiben bestehen häufig aus SiC (Siliziumkarbid),
Korund oder Edelkorund. Es ist aber auch möglich, ein Abrichtwerkzeug
aus einem Diamant-Kornwerkstoff zu verwenden, bei dem der Materialabtrag
relativ gering ist. Die Verschleißerfassung an der Abrichtscheibe
kann durch aktives Messen mit einem Messtaster oder berührungslos
erfolgen, beispielsweise optisch oder durch Körperschallmessung.
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Wie
vorstehend bereits angedeutet, betrifft die Erfindung auch ein Verfahren
zum Abrichten einer Bearbeitungsscheibe, insbesondere einer Schleif- oder
Erodierscheibe, mittels eines rotierenden Abrichtwerkzeugs mit einer
Vorrichtung der vorstehend beschriebenen Art, wobei zum Abrichten
der Bearbeitungsscheibe das von der zweiten Drehspindel drehangetriebene
Abrichtwerkzeug in materialabtragende Anlage mit der von der ersten
Drehspindel drehangetriebenen Bearbeitungsscheibe gebracht wird,
wobei die erste Drehachse im Wesentlichen orthogonal zur zweiten
Drehachse gehalten wird. Entsprechend der vorstehenden Schilderung
hinsichtlich der Vorrichtung kann hinsichtlich des erfindungsgemäßen Verfahrens
ferner vorgesehen sein, dass die zweite Drehspindel relativ zur
ersten Drehspindel während
des Abrichtens derart verlagert wird, dass die der zweiten Drehspindel
zugeordnete zweite Drehachse entlang einer zu einem Sollprofil der
Bearbeitungsscheibe parallel verlaufenden Bahn bewegt wird.
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Darüber hinaus
ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
ebenfalls möglich,
dass das Abrichtwerkzeug auf einer linearen sich parallel zu der zweiten
Drehachse erstreckenden Bahn zum Abrichten der Bearbeitungsscheibe
bewegt wird. Alternativ hierzu kann das erfindungsgemäße Verfahren
auch vorsehen, dass das Abrichtwerkzeug zum Abrichten der Bearbeitungsscheibe
auf einer gekrümmten Bahn
bewegt wird, die sich richtungsparallel zu einer gekrümmten abzurichtenden
Kontur des Abrichtwerkzeugs erstreckt. Wie vorstehend bereits angedeutet,
lassen sich zur Realisierung der Relativbewegungen zwischen Abrichtwerkzeug
und Bearbeitungsscheibe jeweils eine dieser Komponenten ortsfest
halten, wobei die andere Komponente die erforderlichen Relativbewegungen
ausführt.
Alternativ hierzu ist es aber auch möglich, beide Komponenten, Abrichtwerkzeug
und Bearbeitungsscheibe, gleichzeitig zu bewegen, beispielsweise
derart, dass das Abrichtwerkzeug Bewegungen in einer Ebene ausführt und
die Bearbeitungsscheibe eine Bewegung in einer zu dieser Ebene orthogonalen
Richtung (dritte Achse) vollzieht.
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Ferner
ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
möglich,
dass die zweite Drehspindel zum Ausgleich von durch das Abrichten
hervorgerufenem Materialabtrag an der Bearbeitungsscheibe oder/und an
dem Abrichtwerkzeug der ersten Drehspindel angenähert wird, wobei sich der Abstand
von erster und zweiter Drehachse verkleinert.
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Die
Erfindung betrifft schließlich
auch eine Werkzeugmaschine, insbesondere Schleif- oder/und Erodiermaschinen, mit einer
Vorrichtung der vorstehend beschriebenen Art, wobei die erste Drehachse von
einer die Bearbeitungsscheibe haltenden Bearbeitungsspindel gebildet
ist und wobei die zweite Drehspindel von einer relativ zu dieser
verlagerbaren Abrichtspindel gebildet ist.
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Die
Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der beiliegenden
Figuren erläutert.
Es stellen dar:
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1 eine
perspektivische Darstellung einer Bearbeitungsspindel und einer
Werkstückhaltevorrichtung
mit daran angebrachter Abrichtspindel;
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2 eine
schematische Darstellung, die das Abrichten einer profilierten Bearbeitungsscheibe zeigt;
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3 eine
schematische Darstellung, die das erfindungsgemäße Abrichten einer Topfscheibe zeigt;
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4 eine
Darstellung gemäß 3,
die das erfindungsgemäße Abrichten
einer kreiszylindrischen Umfangsscheibe zeigt und
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5 eine
schematische Darstellung, die das erfindungsgemäße Abrichten einer profilierten Umfangsscheibe
zeigt.
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In 1 ist
ein Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine dargestellt
und allgemein mit 10 bezeichnet. Diese weist einen Bearbeitungskopf 12 auf,
der in nicht gezeigter Weise in einem Maschinengestell befestigt
ist. Ferner weist die Werkzeugmaschine eine Werkstückhalterung 14 auf, die
ebenfalls in nicht gezeigter Weise an dem Maschinengestell angebracht
ist.
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Der
Bearbeitungskopf 12 besitzt an seinem unteren Ende eine
Bearbeitungsspindel 16 mit einer Spindelwelle 18,
an der eine Bearbeitungsscheibe 20 drehfest angebracht
ist. Die Spindelwelle 18 ist um eine Drehachse 22 zum
Drehantreiben der Bearbeitungsscheibe 20 drehantreibbar.
Bei der Bearbeitungsscheibe 20 handelt es sich um eine
Schleifscheibe, sie kann jedoch gleichermaßen als Erodierscheibe ausgebildet
sein.
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An
der Werkstückhalterung 14 ist
eine Werkstückaufnahmeeinrichtung 24 vorgesehen.
Seitlich ist an der Werkstückaufnahmeeinrichtung 24 eine Abrichtspindel 26 angebracht,
an deren drehantreibbarer Spindelachse 28 eine Abrichtscheibe 30 drehfest
montiert ist. Die Abrichtscheibe 30 lässt sich um eine zweite Drehachse 32 drehantreiben.
Die Drehachsen 22 und 32 verlaufen im Wesentlichen
orthogonal zueinander, und zwar während des gesamten Abrichtprozesses.
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Zur
näheren
Erläuterung
des Abrichtvorgangs wird zusätzlich
auf 2 verwiesen. Dabei ist die Abrichtscheibe in drei
verschiedenen Positionen 301 , 302 und 303 gezeigt,
wobei die Positionen 301 und 303 die Endpunkte der Abrichtbearbeitung
zeigen und die Position 302 eine
Mittelposition zeigt. Während
des Abrichtens verläuft
die Drehachse 32 der Abrichtscheibe 30 (siehe 1)
auf einer Bahn 34, die im Wesentlichen richtungsparallel
zu der Außenkontur 36 der
abzurichtenden Bearbeitungsscheibe 20 ist. Diese Außenkontur
ist im 2 gezeigten Querschnitt im Wesentlichen kreissegmentförmig.
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Durch
die orthogonale Ausrichtung der Achsen 20 und 32 zueinander
kommt es beim Abrichten zu einem regelmäßigen Verschleiß am Umfang
der Abrichtscheibe 30, so dass bei gleichzeitiger Drehung
von abzurichtender Bearbeitungsscheibe 20 und Abrichtscheibe 30 keine
punktuellen Unregelmäßigkeiten
am Außenprofil 36 auftreten
können.
Durch mehrmaliges Abfahren der Bahn 34 mittels der Abrichtscheibe 30 in
jeweils entgegengesetzter Richtung bei geringen Zustellbewegungen
der Abricht scheibe 30 relativ zu der Scheibe 20,
womit ein abrichtbedingter Verschleiß an beiden Scheiben kompensiert
wird, erreicht man ein optimales regelmäßiges Abrichtergebnis an der
Bearbeitungsscheibe 20 trotz der Tatsache, dass an der
Abrichtscheibe 30 und in geringem Maß auch an der abzurichtenden Scheibe 20 Materialabtrag
auftritt.
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In 3 bis 5 erkennt
man verschiedene Abrichtsituationen gemäß der Erfindung. Es versteht
sich, dass dabei auf der linken Seite die Bearbeitungssituation
in einer Seitenansicht der Bearbeitungsscheibe 20 und auf
der rechten Seite in einer Vorderansicht der Bearbeitungsscheibe 20 gezeigt ist.
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3 zeigt
eine topfförmige
Bearbeitungsscheibe 20, die an ihrer stirnseitigen Oberfläche 38 mit
der Abrichtscheibe 30 bearbeitet wird. Dabei befindet sich
die um die zur Zeichenebene im linken Bildteil orthogonale Drehachse 32 rotierende
Abrichtscheibe 30 in materialabtragender Anlage an der Oberfläche 38.
Sie wird entlang ihrer Drehachse 32 entsprechend Pfeil
P quer zur Bearbeitungsscheibe 20 hin und her verlagert,
wobei sich die Bearbeitungsscheibe 20 um ihre Drehachse 22 dreht.
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4 zeigt
eine zweite Bearbeitungssituation, bei der die kreiszylindrische
Umfangsfläche 40 der
Bearbeitungsscheibe 20 mit der Abrichtscheibe 30 abgerichtet
wird. Wiederum sind die Drehachsen 22 und 32 zueinander
orthogonal. Die sich um die Drehachse 32 drehende Abrichtscheibe 30 wird
gemäß Pfeil
Q in materialabtragender Anlage zu der Bearbeitungsscheibe 20 parallel
zu deren Drehachse 22 hin und her bewegt, wobei sich auch
die Bearbeitungsscheibe 20 dreht. Bei der Bewegung entlang des
Pfeils Q handelt es sich um eine lineare Bewegung entsprechend der
zylindrischen Außenkontur 40 der
Bearbeitungsscheibe 20.
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Anders
stellt sich die Situation bei der Ausführungsform gemäß 5 dar.
Bei dieser ist die Außenkontur 42 der
Bearbeitungsscheibe 20 im Querschnitt kreissegmentförmig. Dementsprechend
wird der Bewegung der Abrichtscheibe 30 entlang des Pfeils
Q auch eine Bewegung der Abrichtscheibe 30 entlang des
Pfeils R überlagert,
so dass sich insgesamt eine Bewegung der Drehachse 32 entlang
einer Kreisbahn einstellt, wie dies etwa in 2 gezeigt
ist.